EP3695501A1 - Converter assembly - Google Patents

Converter assembly

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Publication number
EP3695501A1
EP3695501A1 EP17816468.7A EP17816468A EP3695501A1 EP 3695501 A1 EP3695501 A1 EP 3695501A1 EP 17816468 A EP17816468 A EP 17816468A EP 3695501 A1 EP3695501 A1 EP 3695501A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inverter
converter
power semiconductor
liquid
semiconductor switches
Prior art date
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Pending
Application number
EP17816468.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
David DÖRING
Gerald Franz Giering
Alexander Rentschler
Klaus WÜRFLINGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3695501A1 publication Critical patent/EP3695501A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
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    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K7/14339—Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for high voltage operation
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    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change

Definitions

  • the invention relates to a converter arrangement with a order to judge having converter valves, which each include power semiconductor switch.
  • Such a converter arrangement is known, for example, from WO 2016/155850 A1.
  • Inverter arrangement is a so-called modular multi-stage converter (MMC).
  • MMC modular multi-stage converter
  • the MMC is characterized in particular by a modular design.
  • the converter valves each extend between an AC voltage terminal and egg nem of two DC poles of the MMC.
  • Inverter valves of the MMC each have a series circuit of two-pole switching modules, each switching module switched on and off power semiconductor switches and an energy storage, preferably in the form of a
  • Inverter capacitor includes.
  • Each of the switching modules can be controlled individually by means of a control device.
  • a voltage drop across the converter valve is equal to the sum of voltages that drop across the associated switch modules.
  • the switching modules are usually designed as half-bridge circuits or full bridge circuits.
  • the switching module in Halbschulnschal device has two turn-off semiconductor switch and the energy gie Grande on, wherein the semiconductor switches are connected to the energy storage, that at the output terminals of the switching module a falling energy storage energy storage voltage or a zero voltage can be generated.
  • Inverter arrangements of this type are usually used for power conversion, for example, in the high-voltage DC power transmission, as well as for reactive power compensation or stabilization of AC networks.
  • the converter arm is arranged, for example, between two AC voltage terminals of the converter.
  • Another example of a suitable converter arrangement is known from EP 0 299 275 B1.
  • the valve hall is at a ground potential. Be in operation of the power converter, the thyristors of the semiconductor circuit in contrast potentials on different Hochtentspo, so that the thyristors of the semiconductor circuit with respect to each other and the valve wall wall must be electrically iso profiled. This is usually done by Be provision of sufficient air gap.
  • the minimum distances known from the literature are 1-10 mm / kV. This leads to high voltage differences, the voltage applied to the semiconductor scarf, necessarily large dimensions of the valve hall. Usually, the width and the length of the valve hall are up to several meters. For example, in a high-voltage direct current transmission system with egg ner voltage of 1.4 MV distances of up to 14 m between different high-voltage components and a hall wall necessary.
  • Converter arrangement can be arranged.
  • the valve hall 1 of Figure 1 has a floor plan of approx.
  • valve towers arranged therein have a distance of approx. 15 m to the earth wall 2 of the valve hall.
  • Lines, the verbin the inverter with AC-side transformers 3, 4 and 5, are from the valve hall 1 by means of high voltage leads (not explicitly shown in Figure 1) Issuer has leads. Accordingly connect further lines, which are led out by means of further high-voltage bushings from the valve hall 1, the inverter with DC-side Beginning parts 6, such as chokes or Weg lay.
  • a cooling system 8 for cooling the located in the valve hall 1 components of the inverter assembly 1 be found in a separate container.
  • the valve hall 1 is used to protect the power electronics of the inverter out visibly moisture, air quality and temperature and may be required in addition to large air filter and radiator outside the valve hall. Furthermore, each power semiconductor switch requires its own water cooling connection, which is connected to a pump circuit.
  • the object of the invention is an artful
  • the object is achieved in an artbaten converter arrangement by at least one fluid-tight encapsulating, in which at least some of the power semiconductor switches are arranged to form a modular inverter unit, and which is at least partially filled with an electrically insulating insulating fluid for electrically isolating the power semiconductor switches arranged therein.
  • the inverter of the inverter assembly or its converter valves by means of an insulating fluid is electrically ge compared to the ground potential isolated.
  • the power semiconductor switch of the inverter are arranged in at least one fluid-tight enclosure housing so that they form one or more modular inverter units.
  • Inverter units are transportable in comparison to the known Ventilhal le.
  • commissioning of the converter arrangement can be advantageously simplified. It is conceivable, for example, that each converter valve forms a modular converter unit with the order encapsulating housing.
  • the modular inverter units can be connected miteinan the formation of the inverter.
  • the Kaplselungsgepuruse has due to the fluid isolation advantageous legally much smaller dimensions than the known valve hall on. For example, the insulation distances can be reduced to about one third in particularly favorable cases even by a factor of ten.
  • the simple structure and smaller dimensions advantageously allow a cost advantage over the previously known solutions.
  • all power semiconductor switches can be accommodated in one or more encapsulating housings.
  • the capsule housing (s) may be completely filled with the insulating fluid.
  • the at least one encapsulating liquid is liquid keitsdicht isolated, wherein the insulating fluid is a Isolierflüs fluidity.
  • a liquid-tight encapsulating housing is easier to manufacture and thus more cost-effective than a corresponding gas-tight encapsulating housing.
  • the Isolierab states can be ge compared with a gas insulation advantageously further reduced in the use of an insulating.
  • the insulating liquid comprises an ester.
  • the insulating liquid is, for example, an ester liquid. Esters have proven to be good electrical insulators.
  • the power semiconductor switches are thyristors.
  • the converter is, for example, a line-commutated converter with an intermediate current circuit (LCC).
  • the power semiconductor switches are switchable and disconnectable power semiconductor switches. These may be, for example, IGBTs, IGCTs or the like. With the use of the turn-off power semiconductor switch, a self-commutated inverter can be provided. However, variants are also conceivable in which the Umrich ter both thyristors and disconnectable power semiconductor switch comprises.
  • each of the converter valves on a series circuit of two-pole switching modules each switching module comprises at least two Leis tion semiconductor switch and an energy storage, wherein at least some of the switching modules are arranged in the at least egg nen encapsulating.
  • the converter valves are modular with the switching modules (1st stage of modularization), and the inverter further comprises the modular converter units has (2nd stage of modularization).
  • the inverter can be, for example, an initially described modular Mehrlabnum judge.
  • the converter valves switching modules with half-bridge circuits and / or full bridge Kunststoffun conditions may include, with other switching module topologies are thinking bar.
  • the converter assembly comprises a plurality of modular inverter units, wherein at least some of the modular inverter units are connectable to each other by means of gas-insulated or liquid-insulated electrical lines under Ausbil tion of the inverter of the converter assembly, for example a modular multi-stage converter.
  • gas-insulated or liquid-insulated electrical leads to connect the individual
  • Converter units can advantageously be dispensed with the use of high-voltage bushings. This reduces the cost of the inverter assembly.
  • the insulating medium of the conditions is preferably equal to the insulating medium in the Kapse distribution housing.
  • the converter arrangement further comprises at least one further high-voltage component, wherein the modular converter unit is connected by means of at least one gas-insulated th or liquid-insulated electrical line with the high-voltage component is electrically connected.
  • other components of the converter assembly such as transformers or switchgear, connected by means of similar lines with the inverter, such as the modular inverter units with each other.
  • the modular converter unit in particular each of the converter units, preferably comprises a cooling device with a cooling liquid for cooling the power semiconductors, the cooling liquid being the insulating liquid.
  • the insulating liquid is used to cool the power electronic components of the inverter.
  • a convection movement of the insulating liquid for the heat transport ge uses is particularly preferred.
  • This can be dispensed with an active pumping circuit (passive insulating material movement).
  • the thermal conductivity and storage capacity of the insulating liquid can be used in particular for the heat transfer from the power semiconductor switches to, for example, the encapsulating housing and to the outside. However, it is also an active insulating material movement by means of suitable pumps conceivable.
  • the cooling device comprises a radiator for dissipating heat, which is arranged externally on the at least one encapsulating housing.
  • the radiator is preferably made of a good heat conductive Mate rial, so that the heat emitted by the insulating heat to the environment of the inverter assembly can be passed on.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a converter arrangement according to the invention in a schematic representation.
  • an inverter assembly 10 is Darge presents in Figure 2.
  • the converter arrangement 10 comprises an inverter 11.
  • the converter 11 comprises three modular converter units 12,
  • Each inverter unit comprises two
  • Inverter valves of the inverter each extending between a first or a second DC voltage pole 15 or 16 of the inverter and an AC terminal of the inverter to connect the inverter with AC side components of the inverter assembly.
  • the converter units are connected to transformers 3-5 on the alternating voltage side.
  • Each modular inverter unit 12-14 includes a liquid keits Whys encapsulation housing 17, 18 and 19.
  • Each Kapse distribution housing 17-19 is filled with an ester liquid.
  • the ester liquid is used on the one hand for electrical Iso lation of power electronic components of
  • Each encapsulating 17-19 further includes a radiator 20, 21 and 22, which improves the heat transfer to the outside.
  • the transformers 3-5 each have a transfor matorgephaseuse, which is liquid-tight.
  • the electrical insulation within the transformer housings may be provided by an insulating fluid such as an insulating oil or an ester fluid.
  • the converter arrangement has a connection 29 for connecting the converter arrangement 10 to a three-phase alternating voltage network.

Abstract

The invention relates to a converter assembly (10), comprising a converter (11), which has converter valves, which each comprise power semiconductor switches. The invention is characterized by at least one fluid-tight encapsulation housing (17-19), in which at least some of the power semiconductor switches are arranged, a modular converter unit (12-14) thus being formed, the encapsulation housing being at least partially filled with an electrically insulating insulation fluid in order to electrically insulate the power semiconductor switches arranged in the encapsulation housing.

Description

Umrichteranordnung Converter arrangement
Die Erfindung betrifft eine Umrichteranordnung mit einem Um richter, der Umrichterventile aufweist, die jeweils Leis tungshalbleiterschalter umfassen . The invention relates to a converter arrangement with a order to judge having converter valves, which each include power semiconductor switch.
Eine solche Umrichteranordnung ist beispielsweise aus der WO 2016/155850 Al bekannt. Der Umrichter der bekannten Such a converter arrangement is known, for example, from WO 2016/155850 A1. The inverter of the known
Umrichteranordnung ist ein sogenannter modularer Mehrstufen umrichter (MMC) . Der MMC zeichnet sich insbesondere durch ei ne modulare Bauweise aus. Die Umrichterventile erstrecken sich jeweils zwischen einem Wechselspannungsanschluss und ei nem von zwei Gleichspannungspolen des MMC. Die Inverter arrangement is a so-called modular multi-stage converter (MMC). The MMC is characterized in particular by a modular design. The converter valves each extend between an AC voltage terminal and egg nem of two DC poles of the MMC. The
Umrichterventile des MMC weisen jeweils eine Reihenschaltung zweipoliger Schaltmodule auf, wobei jedes Schaltmodul ein- und abschaltbare Leistungshalbleiterschalter sowie einen Energiespeicher, bevorzugt in Form eines Inverter valves of the MMC each have a series circuit of two-pole switching modules, each switching module switched on and off power semiconductor switches and an energy storage, preferably in the form of a
Umrichterkondensators, umfasst. Jedes der Schaltmodule ist mittels einer Ansteuereinrichtung einzeln ansteuerbar. Eine an dem Umrichterventil abfallende Spannung ist gleich der Summe von Spannungen, die an den zugehörigen Schaltmodulen abfallen. Mittels des MMC ist eine besonders vorteilhafte stufenförmige Konverterspannung erzeugbar. Die Schaltmodule sind meist als Halbbrückenschaltungen oder als Vollbrücken schaltungen ausgebildet. Das Schaltmodul in Halbbrückenschal tung weist zwei abschaltbare Halbleiterschalter und den Ener giespeicher auf, wobei die Halbleiterschalter so mit dem Energiespeicher verschaltet sind, dass an den Ausgangsklemmen des Schaltmoduls eine an dem Energiespeicher abfallende Ener giespeicherspannung oder eine Nullspannung erzeugbar ist. Umrichteranordnungen dieser Art werden üblicherweise zur Stromumwandlung, beispielsweise in der Hochspannungsgleich stromübertragung, als auch zur Blindleistungskompensation bzw. Stabilisierung von Wechselspannungsnetzen eingesetzt. In solchen Fällen ist der Umrichterarm beispielsweise zwischen zwei Wechselspannungsanschlüssen des Umrichters angeordnet. Ein weiteres Beispiel einer artgemäßen Umrichteranordnung ist aus der EP 0 299 275 Bl bekannt. Dort ist ein Umrichter be schrieben, dessen Urichterventile Thyristoren umfassen, die in Gehäusen in Form von Modulen angeordnet sind. Die Module sind zu Ventiltürmen zusammengefasst, die in einer Ventilhal le montiert sind. Inverter capacitor, includes. Each of the switching modules can be controlled individually by means of a control device. A voltage drop across the converter valve is equal to the sum of voltages that drop across the associated switch modules. By means of the MMC, a particularly advantageous step-shaped converter voltage can be generated. The switching modules are usually designed as half-bridge circuits or full bridge circuits. The switching module in Halbbrückenschal device has two turn-off semiconductor switch and the energy giespeicher on, wherein the semiconductor switches are connected to the energy storage, that at the output terminals of the switching module a falling energy storage energy storage voltage or a zero voltage can be generated. Inverter arrangements of this type are usually used for power conversion, for example, in the high-voltage DC power transmission, as well as for reactive power compensation or stabilization of AC networks. In such cases, the converter arm is arranged, for example, between two AC voltage terminals of the converter. Another example of a suitable converter arrangement is known from EP 0 299 275 B1. There is an inverter be written, whose Urichterventile comprise thyristors, which are arranged in housings in the form of modules. The modules are grouped together to form valve towers mounted in a valve stem.
Die Ventilhalle befindet sich auf einem Erdpotenzial. Im Be trieb des Stromrichters sind die Thyristoren der Halbleiter schaltung demgegenüber auf unterschiedlichen Hochspannungspo tenzialen, so dass die Thyristoren der Halbleiterschaltung gegenüber einander und der Ventilhallenwand elektrisch iso liert werden müssen. Dies geschieht üblicherweise durch Be reitstellung von genügend Luftstrecke. Die aus der Literatur bekannten Minimalabstände betragen 1 - 10 mm/kV. Dies führt bei hohen Spannungsdifferenzen, die an der Halbleiterschal tung anliegen, zu notwendigerweise großen Abmessungen der Ventilhalle. Üblicherweise betragen die Breite und die Länge der Ventilhalle bis zu mehreren Metern. Beispielsweise sind bei einer Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage mit ei ner Spannung von 1,4 MV Abstände von bis zu 14 m zwischen verschiedenen Hochspannungskomponenten und einer Hallenwand notwendig . The valve hall is at a ground potential. Be in operation of the power converter, the thyristors of the semiconductor circuit in contrast potentials on different Hochspannungspo, so that the thyristors of the semiconductor circuit with respect to each other and the valve wall wall must be electrically iso profiled. This is usually done by Be provision of sufficient air gap. The minimum distances known from the literature are 1-10 mm / kV. This leads to high voltage differences, the voltage applied to the semiconductor scarf, necessarily large dimensions of the valve hall. Usually, the width and the length of the valve hall are up to several meters. For example, in a high-voltage direct current transmission system with egg ner voltage of 1.4 MV distances of up to 14 m between different high-voltage components and a hall wall necessary.
In der Figur 1 ist der schematische Aufbau einer solchen Ven tilhalle 1 gezeigt, in der ein Umrichter der artgemäßen In the figure 1, the schematic structure of such a Ven tilhalle 1 is shown, in which a converter of the art
Umrichteranordnung angeordnet sein kann. Converter arrangement can be arranged.
Die Ventilhalle 1 der Figur 1 weist einen Grundriss von ca.The valve hall 1 of Figure 1 has a floor plan of approx.
40 m x 60 m auf. Die darin angeordneten Ventiltürme weisen einen Abstand von ca. 15 m zu der auf Erdpotenzial liegenden Wand 2 der Ventilhalle auf. Leitungen, die den Umrichter mit wechselspannungsseitigen Transformatoren 3, 4 und 5 verbin den, sind aus der Ventilhalle 1 mittels Hochspannungsdurch führungen (in Figur 1 nicht explizit dargestellt) herausge führt. Entsprechend verbinden weitere Leitungen, die mittels weiterer Hochspannungsdurchführungen aus der Ventilhalle 1 herausgeführt sind, den Umrichter mit gleichspannungsseitigen Anlangenteilen 6, wie beispielsweise Drosseln oder Schaltan lagen. Eine Kühlanlage 8 zur Kühlung der sich in der Ventil halle 1 befindenden Komponenten der Umrichteranordnung 1 be findet sich in einem separaten Container. Die Ventilhalle 1 dient dem Schutz der Leistungselektronik des Umrichters hin sichtlich Feuchtigkeit, Luftqualität und Temperatur und be darf üblicherweise zusätzlich großer Luftfilter und Kühler außerhalb der Ventilhalle. Ferner benötigt jeder Leistungs halbleiterschalter einen eigenen Wasserkühlungsanschluss, der an einen Pumpenkreislauf angeschlossen ist. 40 mx 60 m up. The valve towers arranged therein have a distance of approx. 15 m to the earth wall 2 of the valve hall. Lines, the verbin the inverter with AC-side transformers 3, 4 and 5, are from the valve hall 1 by means of high voltage leads (not explicitly shown in Figure 1) Issuer has leads. Accordingly connect further lines, which are led out by means of further high-voltage bushings from the valve hall 1, the inverter with DC-side Beginning parts 6, such as chokes or Schaltan lay. A cooling system 8 for cooling the located in the valve hall 1 components of the inverter assembly 1 be found in a separate container. The valve hall 1 is used to protect the power electronics of the inverter out visibly moisture, air quality and temperature and may be required in addition to large air filter and radiator outside the valve hall. Furthermore, each power semiconductor switch requires its own water cooling connection, which is connected to a pump circuit.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine artgemäße The object of the invention is an artful
Umrichteranordnung anzugeben, die möglichst einfach und kos tengünstig bei der Herstellung, der Inbetriebnahme und in Be trieb ist. Specify converter assembly that is as simple as possible and kos tengünstig in the production, commissioning and Be in operation.
Die Aufgabe wird bei einer artgemäßen Umrichteranordnung durch wenigstens ein fluiddichtes Kapselungsgehäuse gelöst, in dem zumindest einige der Leistungshalbleiterschalter unter Ausbildung einer modularen Umrichtereinheit angeordnet sind, und das zum elektrischen Isolieren der darin angeordneten Leistungshalbleiterschalter zumindest teilweise mit einem elektrisch isolierenden Isolierfluid gefüllt ist. The object is achieved in an artgemäßen converter arrangement by at least one fluid-tight encapsulating, in which at least some of the power semiconductor switches are arranged to form a modular inverter unit, and which is at least partially filled with an electrically insulating insulating fluid for electrically isolating the power semiconductor switches arranged therein.
Demnach wird der Umrichter der Umrichteranordnung bzw. dessen Umrichterventile mittels eines Isolierfluids elektrisch ge genüber dem Erdpotenzial isoliert. Zudem sind die Leistungs halbleiterschalter des Umrichters in wenigstens einem fluid dichten Kapselungsgehäuse angeordnet, so dass sie eine oder mehrere modulare Umrichtereinheiten bilden. Die Accordingly, the inverter of the inverter assembly or its converter valves by means of an insulating fluid is electrically ge compared to the ground potential isolated. In addition, the power semiconductor switch of the inverter are arranged in at least one fluid-tight enclosure housing so that they form one or more modular inverter units. The
Umrichtereinheiten sind im Vergleich zur bekannten Ventilhal le transportierbar. Somit lässt sich die Inbetriebnahme der Umrichteranordnung vorteilhaft vereinfachen. Es ist bei spielsweise denkbar, dass jedes Umrichterventil mit dem zu geordneten Kapselungsgehäuse eine modulare Umrichtereinheit ausbildet. Die modularen Umrichtereinheiten können miteinan der unter Ausbildung des Umrichters verbunden werden. Das Kaplselungsgehäuse weist aufgrund der Fluidisolation vorteil- hafterweise wesentlich kleinere Abmessungen als die bekannte Ventilhalle auf. Beispielsweise können die Isolationsabstände auf ca. ein Drittel in besonders günstigen Fällen sogar um den Faktor zehn reduziert werden. Der einfache Aufbau und kleinere Abmessungen erlauben vorteilhaft einen Kostenvorteil gegenüber den bisher bekannten Lösungen. Inverter units are transportable in comparison to the known Ventilhal le. Thus, the commissioning of the converter arrangement can be advantageously simplified. It is conceivable, for example, that each converter valve forms a modular converter unit with the order encapsulating housing. The modular inverter units can be connected miteinan the formation of the inverter. The Kaplselungsgehäuse has due to the fluid isolation advantageous legally much smaller dimensions than the known valve hall on. For example, the insulation distances can be reduced to about one third in particularly favorable cases even by a factor of ten. The simple structure and smaller dimensions advantageously allow a cost advantage over the previously known solutions.
Insbesondere können alle Leistungshalbleiterschalter in einem oder mehreren Kapselungsgehäusen untergebracht sein. Das oder die Kapselungsgehäuse können vollständig mit dem Isolierfluid gefüllt sein. In particular, all power semiconductor switches can be accommodated in one or more encapsulating housings. The capsule housing (s) may be completely filled with the insulating fluid.
Bevorzugt ist das wenigstens eine Kapselungsgehäuse flüssig keitsdicht isoliert, wobei das Isolierfluid eine Isolierflüs sigkeit ist. Ein flüssigkeitsdichtes Kapselungsgehäuse ist einfacher herzustellen und dadurch kostengünstiger als ein entsprechendes gasdichtes Kapselungsgehäuse. Die Isolierab stände können bei der Verwendung einer Isolierflüssigkeit ge genüber einer Gasisolierung vorteilhaft weiter verkleinert werden . Preferably, the at least one encapsulating liquid is liquid keitsdicht isolated, wherein the insulating fluid is a Isolierflüs fluidity. A liquid-tight encapsulating housing is easier to manufacture and thus more cost-effective than a corresponding gas-tight encapsulating housing. The Isolierab states can be ge compared with a gas insulation advantageously further reduced in the use of an insulating.
Vorzugsweise umfasst die Isolierflüssigkeit ein Ester. Die Isolierflüssigkeit ist beispielsweise eine Esterflüssigkeit. Ester haben sich als gute elektrische Isolatoren erwiesen. Preferably, the insulating liquid comprises an ester. The insulating liquid is, for example, an ester liquid. Esters have proven to be good electrical insulators.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Leistungs halbleiterschalter Thyristoren. Der Umrichter ist beispiels weise ein netzgeführter Umrichter mit einem Stromzwischen- kreis (LCC) . According to one embodiment of the invention, the power semiconductor switches are thyristors. The converter is, for example, a line-commutated converter with an intermediate current circuit (LCC).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Leistungshalb leiterschalter ein- und abschaltbare Leistungshalbleiter schalter. Dies können beispielsweise IGBTs, IGCTs oder der gleichen sein. Mit der Verwendung der abschaltbaren Leis tungshalbleiterschalter kann ein selbstgeführter Umrichter bereitgestellt sein. Es sind jedoch auch Varianten denkbar, bei denen der Umrich ter sowohl Thyristoren als auch abschaltbare Leistungshalb leiterschalter umfasst. According to a further embodiment, the power semiconductor switches are switchable and disconnectable power semiconductor switches. These may be, for example, IGBTs, IGCTs or the like. With the use of the turn-off power semiconductor switch, a self-commutated inverter can be provided. However, variants are also conceivable in which the Umrich ter both thyristors and disconnectable power semiconductor switch comprises.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist jeder der Umrichterventile eine Reihenschaltung von zweipoligen Schalt modulen auf, wobei jedes Schaltmodul wenigstens zwei Leis tungshalbleiterschalter sowie einen Energiespeicher umfasst, wobei zumindest einige der Schaltmodule in dem wenigstens ei nen Kapselungsgehäuse angeordnet sind. Auf diese Weise ist eine zweistufige Modulbauweise des Umrichters bereitgestellt, bei der die Umrichterventile mit den Schaltmodulen modular aufgebaut sind (1. Stufe der Modularisierung), und der Um richter des Weiteren die modularen Umrichtereinheiten auf weist (2. Stufe der Modularisierung) . Der Umrichter kann zum Beispiel ein eingangs beschriebener modularer Mehrstufenum richter sein. Dabei können die Umrichterventile Schaltmodule mit Halbbrückenschaltungen und/oder mit Vollbrückenschaltun gen umfassen, wobei auch andere Schaltmodul-Topologien denk bar sind. According to one embodiment of the invention, each of the converter valves on a series circuit of two-pole switching modules, each switching module comprises at least two Leis tion semiconductor switch and an energy storage, wherein at least some of the switching modules are arranged in the at least egg nen encapsulating. In this way, a two-stage modular construction of the inverter is provided, in which the converter valves are modular with the switching modules (1st stage of modularization), and the inverter further comprises the modular converter units has (2nd stage of modularization). The inverter can be, for example, an initially described modular Mehrstufenum judge. In this case, the converter valves switching modules with half-bridge circuits and / or full bridge Schaltun conditions may include, with other switching module topologies are thinking bar.
Vorzugsweise umfasst die Umrichteranordnung mehrere modulare Umrichtereinheiten, wobei zumindest einige der modularen Umrichtereinheiten miteinander mittels gasisolierten oder flüssigkeitsisolierten elektrischen Leitungen unter Ausbil dung des Umrichters der Umrichteranordnung, beispielsweise eines modularen Mehrstufenumrichters, verbindbar sind. Durch die Verwendung der gasisolierten oder flüssigkeitsisolierten elektrischen Leitungen zur Verbindung der einzelnen Preferably, the converter assembly comprises a plurality of modular inverter units, wherein at least some of the modular inverter units are connectable to each other by means of gas-insulated or liquid-insulated electrical lines under Ausbil tion of the inverter of the converter assembly, for example a modular multi-stage converter. By using the gas-insulated or liquid-insulated electrical leads to connect the individual
Umrichtereinheiten kann vorteilhaft auf die Verwendung von Hochspannungsdurchführungen verzichtet werden. Dies senkt die Kosten der Umrichteranordnung. Das Isoliermedium der Leitun gen ist bevorzugt gleich mit dem Isoliermedium in dem Kapse lungsgehäuse . Converter units can advantageously be dispensed with the use of high-voltage bushings. This reduces the cost of the inverter assembly. The insulating medium of the conditions is preferably equal to the insulating medium in the Kapse distribution housing.
Zweckmäßigerweise umfasst die Umrichteranordnung ferner we nigstens eine weitere Hochspannungskomponente, wobei die mo dulare Umrichtereinheit mittels wenigstens einer gasisolier- ten oder flüssigkeitsisolierten elektrischen Leitung mit der Hochspannungskomponente elektrisch verbindbar ist. Demnach werden weitere Komponenten der Umrichteranordnung, wie bei spielsweise Transformatoren oder Schaltanlagen, mittels gleichartiger Leitungen mit dem Umrichter verbunden, wie die modularen Umrichtereinheiten untereinander. Dadurch kann eine weitere Vereinfachung des Aufbaus der Umrichteranordnung er reicht werden. Expediently, the converter arrangement further comprises at least one further high-voltage component, wherein the modular converter unit is connected by means of at least one gas-insulated th or liquid-insulated electrical line with the high-voltage component is electrically connected. Accordingly, other components of the converter assembly, such as transformers or switchgear, connected by means of similar lines with the inverter, such as the modular inverter units with each other. Thereby, a further simplification of the structure of the converter arrangement, it will be enough.
Bevorzugt umfasst die modulare Umrichtereinheit, insbesondere jede der Umrichtereinheiten, eine Kühlvorrichtung mit einer Kühlflüssigkeit zur Kühlung der Leistungshalbleiter, wobei die Kühlflüssigkeit die Isolierflüssigkeit ist. Hierbei wird die Isolierflüssigkeit zur Kühlung der leistungselektroni schen Komponenten des Umrichters genutzt. Auf diese Weise kann vorteilhaft auf eine aufwändige externe Kühlvorrichtung verzichtet werden. Besonders bevorzugt wird eine Konvektions bewegung der Isolierflüssigkeit für den Wärmetransport ge nutzt. Damit kann auf einen aktiven Pumpkreislauf verzichtet werden (passive Isolierstoffbewegung) . Die thermische Leitfä higkeit und Speicherfähigkeit der Isolierflüssigkeit kann insbesondere für den Wärmetransport von den Leistungshalblei terschaltern beispielsweise zum Kapselungsgehäuse und nach außen genutzt werden. Es ist jedoch auch eine aktive Isolier stoffbewegung mittels geeigneter Pumpen denkbar. The modular converter unit, in particular each of the converter units, preferably comprises a cooling device with a cooling liquid for cooling the power semiconductors, the cooling liquid being the insulating liquid. Here, the insulating liquid is used to cool the power electronic components of the inverter. In this way, advantageously can be dispensed with a complex external cooling device. Particularly preferred is a convection movement of the insulating liquid for the heat transport ge uses. This can be dispensed with an active pumping circuit (passive insulating material movement). The thermal conductivity and storage capacity of the insulating liquid can be used in particular for the heat transfer from the power semiconductor switches to, for example, the encapsulating housing and to the outside. However, it is also an active insulating material movement by means of suitable pumps conceivable.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Kühl vorrichtung einen Radiator zum Abführen von Wärme, der außen an dem wenigstens einem Kapselungsgehäuse angeordnet ist. Der Radiator ist vorzugsweise aus einem gut Wärme leitendem Mate rial, so dass die von der Isolierflüssigkeit abgegebene Wärme an die Umgebung der Umrichteranordnung weiter geleitet werden kann . According to one embodiment of the invention, the cooling device comprises a radiator for dissipating heat, which is arranged externally on the at least one encapsulating housing. The radiator is preferably made of a good heat conductive Mate rial, so that the heat emitted by the insulating heat to the environment of the inverter assembly can be passed on.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Figur 2 weiter er läutert werden. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Umrichteranordnung in einer schematischen Darstellung. The invention will be explained below with reference to Figure 2 further he explained. FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a converter arrangement according to the invention in a schematic representation.
Im Einzelnen ist in Figur 2 eine Umrichteranordnung 10 darge stellt. Die Umrichteranordnung 10 umfasst einen Umrichter 11. Der Umrichter 11 umfasst drei modulare Umrichtereinheiten 12,In detail, an inverter assembly 10 is Darge presents in Figure 2. The converter arrangement 10 comprises an inverter 11. The converter 11 comprises three modular converter units 12,
13 und 14. Die modularen Umrichtereinheiten 12-14 sind in diesem Beispiel, müssen aber im Allgemeinen nicht gleichartig aufgebaut sein. Jede Umrichtereineheit umfasst zwei 13 and 14. The modular inverter units 12-14 are in this example but generally need not be of similar construction. Each inverter unit comprises two
Umrichterventile des Umrichters, die sich jeweils zwischen einem ersten oder einem zweiten Gleichspannungspol 15 bzw. 16 des Umrichters und einem Wechselspannungsanschluss des Um richters zum Verbinden des Umrichters mit wechselspannungs seitigen Komponenten der Umrichteranordnung erstrecken. In dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Umrichtereinheiten wechselspannungsseitig mit Transformatoren 3-5 verbunden. Inverter valves of the inverter, each extending between a first or a second DC voltage pole 15 or 16 of the inverter and an AC terminal of the inverter to connect the inverter with AC side components of the inverter assembly. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 2, the converter units are connected to transformers 3-5 on the alternating voltage side.
Jede modulare Umrichtereinheit 12-14 umfasst ein flüssig keitsdichtes Kapselungsgehäuse 17, 18 bzw. 19. Jedes Kapse lungsgehäuse 17-19 ist mit einer Esterflüssigkeit gefüllt.Each modular inverter unit 12-14 includes a liquid keitsdichtes encapsulation housing 17, 18 and 19. Each Kapse distribution housing 17-19 is filled with an ester liquid.
Die Esterflüssigkeit dient einerseits zur elektrischen Iso lierung der leistungselektronischen Komponenten der The ester liquid is used on the one hand for electrical Iso lation of power electronic components of
Umrichterventile, die im Kapselungsgehäuse angeordnet ist. Anderseits dient die Esterflüssigkeit zum Wärmetransport und damit zur Kühlung der Leistungshalbleiterschalter des Umrich ters 11. Jedes Kapselungsgehäuse 17-19 umfasst ferner einen Radiator 20, 21 bzw. 22, der den Wärmetransport nach außen verbessert . Inverter valves, which is arranged in the encapsulating housing. On the other hand, the ester liquid is used for heat transport and thus for cooling the power semiconductor switch of Umrich age 11. Each encapsulating 17-19 further includes a radiator 20, 21 and 22, which improves the heat transfer to the outside.
Elektrische Verbindungen zwischen den Umrichtereinheiten 12-Electrical connections between inverter units 12-
14 untereinander sowie mit den gleichspannungsseitigen Kompo nenten 6 (z.B. Drosseln oder Schaltanlagen) und mit den wech selspannungsseitigen Komponenten 3-5 (im dargestellten Bei spiel Transformatoren) , sind mittels fluidisolierten elektri schen Leitungen 23-28 realisiert. Aus Gründen der Übersicht lichkeit sind in Figur 2 nur einigen aber nicht alle elektri schen Verbindungen der Umrichteranordnung 10 grafisch darge- stellt. Die Transformatoren 3-5 weisen jeweils ein Transfor matorgehäuse auf, das flüssigkeitsdicht ist. Die elektrische Isolation innerhalb der Transformatorgehäuse kann durch eine Isolierflüssigkeit wie beispielsweise ein Isolieröl oder eine Esterflüssigkeit bereitgestellt sein. 14 with each other and with the DC side compo nents 6 (eg chokes or switchgear) and with the wech selspannungsseitigen components 3-5 (in the case of game transformers) are realized by means of fluid-insulated electrical lines rule 23-28. For reasons of clarity, only some but not all of the electrical connections of the converter arrangement 10 are graphically represented in FIG. provides. The transformers 3-5 each have a transfor matorgehäuse, which is liquid-tight. The electrical insulation within the transformer housings may be provided by an insulating fluid such as an insulating oil or an ester fluid.
Die Umrichteranordnung weist einen Anschluss 29 zum Anschlie ßen der Umrichteranordnung 10 an ein dreiphasiges Wechsels pannungsnetz auf. The converter arrangement has a connection 29 for connecting the converter arrangement 10 to a three-phase alternating voltage network.

Claims

Patentansprüche claims
1. Umrichteranordnung (10) mit einem Umrichter (11), der Umrichterventile aufweist, die jeweils Leistungshalbleiter schalter umfassen, An inverter arrangement (10) comprising an inverter (11) having converter valves each comprising power semiconductor switches,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h marked by
wenigstens ein fluiddichtes Kapselungsgehäuse (17-19), in dem zumindest einige der Leistungshalbleiterschalter unter Aus bildung einer modularen Umrichtereinheit (12-14) angeordnet sind, und das Kapselungsgehäuse (17-19) zum elektrischen Iso lieren der darin angeordneten Leistungshalbleiterschalter zu mindest teilweise mit einem elektrisch isolierenden Isolier fluid gefüllt ist. at least one fluid-tight encapsulating housing (17-19), in which at least some of the power semiconductor switches under education from a modular inverter unit (12-14) are arranged, and the encapsulating (17-19) for electrical Iso lieren the power semiconductor switches arranged therein at least partially an electrically insulating insulating fluid is filled.
2. Umrichteranordnung (10) nach Anspruch 1, wobei das wenigs tens eine Kapselungsgehäuse (17-19) flüssigkeitsdicht iso liert ist und das Isolierfluid eine Isolierflüssigkeit ist. 2. inverter assembly (10) according to claim 1, wherein the wenigs least one encapsulating housing (17-19) is liquid-tight iso profiled and the insulating fluid is an insulating liquid.
3. Umrichteranordnung (10) nach Anspruch 2, wobei die Iso lierflüssigkeit ein Ester umfasst. 3. inverter assembly (10) according to claim 2, wherein the iso lierflüssigkeit comprises an ester.
4. Umrichteranordnung (10) nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei die Leistungshalbleiterschalter Thyristoren sind . 4. converter arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the power semiconductor switches are thyristors.
5. Umrichteranordnung (10) nach einem der vorangehenden An sprüche 1 bis 3, wobei die Leistungshalbleiterschalter ein- und abschaltbare Leistungshalbleiterschalter sind. 5. converter arrangement (10) according to one of the preceding claims to 1 to 3, wherein the power semiconductor switches are switched on and off power semiconductor switches.
6. Umrichteranordnung (10) nach Anspruch 5, wobei jeder der Umrichterventile eine Reihenschaltung von zweipoligen Schalt modulen aufweist, wobei jedes Schaltmodul wenigstens zwei Leistungshalbleiterschalter sowie einen Energiespeicher um fasst, wobei zumindest einige der Schaltmodule in dem wenigs tens einen Kapselungsgehäuse angeordnet sind. 6. Inverter arrangement (10) according to claim 5, wherein each of the converter valves comprises a series circuit of two-pole switching modules, wherein each switching module at least two power semiconductor switch and an energy storage to summarizes, wherein at least some of the switching modules are arranged in the at least one encapsulating housing.
7. Umrichteranordnung (10) nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei die Umrichteranordnung (10) mehrere modulare Umrichtereinheiten (12-14) umfasst, wobei zumindest einige der modularen Umrichtereinheiten (12-14) miteinander mittels gasisolierten oder flüssigkeitsisolierten elektrischen Lei tungen (27,28) unter Ausbildung des Umrichters (11) 7. inverter assembly (10) according to any one of the preceding claims, wherein the inverter assembly (10) comprises a plurality of modular inverter units (12-14), wherein at least some of the modular inverter units (12-14) with each other by means of gas-insulated or liquid-insulated electrical Lei lines (27 , 28) forming the converter (11)
verbindbar sind. are connectable.
8. Umrichteranordnung (10) nach einem der vorangehenden An sprüche, wobei die Umrichteranordnung (10) ferner wenigstens eine weitere Hochspannungskomponente (3-6) umfasst, wobei die modulare Umrichtereinheit mittels wenigstens einer gasiso lierten oder flüssigkeitsisolierten elektrischen Leitung (23- 26) mit der Hochspannungskomponente (3-6) elektrisch 8. Inverter arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the converter arrangement (10) further comprises at least one further high-voltage component (3-6), wherein the modular converter unit by means of at least one gas-insulated or liquid-insulated electrical line (23-26) the high voltage component (3-6) electrically
verbindbar ist. is connectable.
9. Umrichteranordnung (10) nach einem der vorangehenden An sprüche 2 bis 8, wobei die modulare Umrichtereinheit (12-14) ferner eine Kühlvorrichtung mit einer Kühlflüssigkeit zur Kühlung der Leistungshalbleiter umfasst, wobei die Kühlflüs sigkeit die Isolierflüssigkeit ist. 9. inverter assembly (10) according to any one of the preceding claims to 2-8, wherein the modular inverter unit (12-14) further comprises a cooling device with a cooling liquid for cooling the power semiconductor, wherein the Kühlflüs fluid is the insulating liquid.
10. Umrichteranordnung (10) nach Anspruch 9, wobei die Kühl vorrichtung einen Radiator (20-22) zum Abführen von Wärme um fasst, der außen an dem wenigstens einem Kapselungsgehäuse (17-19) angeordnet ist. 10. converter assembly (10) according to claim 9, wherein the cooling device comprises a radiator (20-22) for dissipating heat, which is externally disposed on the at least one encapsulating housing (17-19).
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